ХИМИЯ

Волшебный мир кристаллов

Красильников Никита Сергеевич, учащийся 7 класса Научный руководитель: Красильникова Светлана Юрьевна, учитель МБОУ СОШ № 1 р . п . Лунино имени Артамонова Н . С . (Пензенская обл .)

На уроках физики мы говорили о разнообразии веществ, существующих в природе . Сейчас их известно несколько миллионов . Многие из веществ находятся в природе в виде кристаллов . Даже вода в твердом состоянии тоже кристаллична, а снежинки — это основа кристалла воды . Я посмотрел фильм, его основой стала работа японского исследователя Массару Эмото, который более двадцати лет изучает кристаллы

воды . Оказалось, что вода, к которой до начала кристаллизации «обратились» со словами «доброта», «любовь», «ангел», «благодарю», образует кристаллы с правильной структурой, симметричной формы, украшенные сложным, красивым орнаментом . Но если воде говорили слова «зло», «ненависть», то кристаллы получались мелкими, уродливыми .

Значение кристаллов в жизни человека огромно . С кристаллическими веществами мы встречаемся на каждом шагу — дома, в школе, на улице . Мы едим кристаллы, например, соль или сахар, мы ходим по кристаллам, и они хрустят под ногами, живем под крышей из кристаллов, лечимся кристаллами . Поэтому изучение кристаллов веществ и способов их получения актуально в наше время .

Цель моей работы — вырастить кристаллы искусственным путем и выявить их особенности .

Согласно этой цели были поставлены следующие задачи:

— ознакомиться с научно-популярной литературой по заданной теме; — изучить методики о способах искусственного выращивания кристаллов; — вырастить кристаллы поваренной соли, медного купороса, азотнокислого калия и чистой меди; — описать результаты наблюдений и сделать выводы; — закрепить навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы .

Предметом моего исследования стали кристаллы поваренной соли, медного купороса, азотнокислого калия и чистой меди .

В научной работе были использованы следующие методы исследования: наблюдение, опыты, сравнительный анализ результатов опытов .

Условия проведения опыта, необходимое оборудование, ход эксперимента и его внешние проявления, а также результаты работы были оформлены в виде журнала наблюдений .

В ходе ознакомления с теоретическими материалами были выдвинуты следующие гипотезы:

Кристаллы поваренной соли, медного купороса, азотнокислого калия и чистой меди можно получить искусственным путем .

Кристаллы различных веществ могут быть различны по цвету, форме, размеру .

Основная часть

Теоретическое обоснование проблемы

Интересно происхождение слова «кристалл» (оно звучит почти одинаково на всех европейских языках) . Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед . Древние натуралисты так их и назвали — «кристаллос», по-гречески — лед . Это слово происходит от греческого «криос» — холод, мороз .

В XIX веке было установлено, что особенности кристаллов связаны с расположением атомов в пространстве . Законы таких расположений были выведены в 1891 году нашим замечательным соотечественником, родоначальником современной кристаллографии Е . С . Федоровым (1853–1919) . Как известно, настоящие природные кристаллы образовывались в течение миллионов лет, в глубине земной коры, при высоких температурах (до 2000 ºС) и под колоссальным давлением 1 . Мест, где складывались такие условия, крайне мало . Этим объясняется ограниченность естественных запасов кристаллических веществ .

Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов . Они используются в часах, вычислительных машинах, лазерах и многом другом . Великая лаборатория — природа — уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники, и вот на специальных фабриках начинают выращивать искусственные кристаллы .

Существуют различные способы выращивания кристаллов . Часто этот процесс требует высоких температур и огромного давления, но некоторые кристаллы можно выращивать и в домашних условиях .

Основой выращивания кристаллов, как пишет любая литература, является насыщенный раствор соли 2 .

Описание методик выращивания кристаллов (из раствора, где растворитель — вода) можно свести к трем пунктам: — Выращивание больших кристаллов (длина ребер от 1 см и более) соединений, растворимых в воде . — Получение кристаллов мало- или нерастворимых соединений в воде . — Получение кристаллов простых веществ (металлов и неметаллов) .

Практическая часть

Опыт 1 (20 .01 .2020) .

Приготовление насыщенных растворов медного купороса, азотнокислого калия, поваренной соли.

Оборудование: три стеклянные банки объемом 500 мл, столовая ложка, фильтрованная бумага, водный термометр .

Исходные вещества: порошок медного купороса, поваренная соль, калий азотнокислый (удобрение), кипяченая вода .

Ход опыта: (для каждого вещества проводится отдельно): в чистую стеклянную баночку наливаем 300 мл горячей кипяченой воды (t +50 ºС), засыпаем вещество небольшими порциями (одна порция — это одна столовая ложка), каждый раз перемешивая и добиваясь полного растворения . Когда раствор «насытился» — вещество стало оставаться на дне — добавляем еще две порции и оставляем раствор при комнатной температуре на сутки . Чтобы в раствор не попадала пыль, накрываем его листом фильтровальной бумаги (салфеткой) .

Внешние проявления процесса:

Раствор медного купороса приобрел яркий синий цвет . На получение насыщенного раствора ушло 6 порций вещества .

Раствор поваренной соли стал сначала белым, затем — прозрачным . На получение насыщенного раствора ушло 5 порций вещества .

Выращивание кристаллов стало для меня поистине увлекательным и познавательным занятием . Кроме веществ и оборудования, для проведения работы мне потребовалась тщательная подготовка, аккуратность и наблюдательность . Раствор азотнокислого калия (удобрение) стал прозрачным, чистым . А реакция протекала с поглощением тепла (вода в банке сразу стала холодной) . На получение раствора затрачено 7 порций вещества .

Выводы: Взятые вещества при одинаковой температуре, в одинаковом объеме воды растворяются в разных количествах . Реакция растворения азотнокислого калия происходила с поглощением тепла .

Опыт 2 (21 .01 .2020) .

Получение кристалла — «затравки».

«Затравка» — это маленький кристаллик правильной формы, который станет основой для дальнейшего роста кристалла .

Оборудование: кастрюля для водяной бани, три стеклянные банки объемом 500 мл, чайная ложка, фильтровальная бумага, воронка .

Исходные вещества: растворы, полученные в опыте 1 .

Ход опыта: (для каждого вещества отдельно): осмотрим полученные растворы, аккуратно сливаем с осадка раствор в новые баночки, туда же добавляем одну чайную ложку чистого вещества . Баночки нагреваем на водяной бане до полного растворения соли . После этого ставим их на рабочий стол и оставляем на сутки остывать .

Внешние проявления процесса: Быстрее всего растворился азотнокислый калий . Окраска медного купороса стала еще интенсивнее . Растворы поваренной соли и азотнокислого калия прозрачные .

Выводы: чем больше температура воды, тем больше вещества в ней можно растворить .

Опыт 3 (22 .01 .2020) .

Отбор кристаллов — «затравок».

Оборудование: три стеклянные банки объемом 500 мл, три футляра для фотопленки с крышкой, стержни от ручки, тонкие нити .

Исходные вещества: растворы, полученные в опыте 2 .

Ход опыта: осмотрим содержимое баночек с растворами: раствор медного купороса дал большое количество крупных кристаллов, осевших на дне банки . Кристаллы на дне банки с раствором поваренной соли были очень мелкими, соединялись друг с другом, образуя форму снежинок . Калий азотнокислый дал три крупных кристалла, затем появились мелкие кристаллы . Для получения затравок опускаем в них ниточки на стержнях-перемычках . Азотнокислый калий образовал кристалл с гранью 3 мм на второй день, а поваренная соль — на четвертый день опыта . Отобранные кристаллы — «затравки» откладываем в футляры для фотопленки и плотно закрываем крышкой .

Внешние проявления: слои солей окрасились в зеленый цвет

Выводы: — (30 .01 .2020) начались химические процессы .

Внешние проявления: зеленая окраска дошла до фильтра, в слое поваренной соли появились розовые нити .

Выводы: у медного купороса кристаллы растут быстрее, чем у поваренной соли и азотнокислого калия, т . е . кристаллы разных веществ растут с разной скоростью .

Опыт 4 (27 .01 .2020) .

Закладка «затравки» для выращивания кристаллов.

Оборудование: пять тонкостенных стаканов, стержни-перемычки, тонкие нитки, фильтрованная бумага .

Исходные вещества: кристаллы — «затравки», насыщенные растворы солей .

Ход опыта: два кристалла медного купороса кладем на дно стакана, заливаем насыщенным раствором, а два кристалла укрепляем на нити и опускаем в насыщенный раствор . Три кристалла калия азотнокислого укрепляем на нитях и с помощью стержня — перемычки погружаем в стакан с насыщенным раствором . То же проделываем с поваренной солью . Следует помнить, что температура насыщенного раствора не должна превышать 30 градусов, иначе кристаллы растворятся . Теперь следует следить за ростом кристаллов каждый день, не сотрясая раствор .

Опыт 5 (28 .01 .2020) .

Получение кристаллов меди.

Оборудование: стакан на 200 мл, фильтрованная бумага, железные скрепки .

Исходные вещества: порошок медного купороса, поваренная соль (твердая и насыщенный раствор) .

Ход опыта: в чистый стакан насыпаем очень тонкий слой медного купороса (чтобы он покрывал дно), утрамбовываем . Сверху насыпаем в три раза больше поваренной соли, утрамбовываем . Поверх слоев укладываем круг из фильтровальной бумаги так, чтобы он вплотную соприкасался со стенками стакана . На фильтр высыпаем железные скрепки . Медленно, тонкой струйкой заливаем

вещества насыщенным раствором поваренной соли .

— (04 .02 .2020) началось образование кристаллов меди . — Достаем кристаллы из растворов .

Кристалл медного купороса представляет собой призму, в сечении которой лежит ромб . Кристаллы синего цвета, прозрачные, с длиной грани 1 см .

Кристалл поваренной соли и азотнокислого калия — куб . Кристалл прозрачный, бесцветный . Длина грани — 5 мм

Кристаллы меди имеют форму октаэдров, похожи на острые иголочки, ярко-розового цвета, мелкие, с различной длиной грани .

ЛИТЕРАТУРА:

1 . Я познаю мир: Драгоценные камни и минералы: Дет . Энцикл . / Н . Орлова; Худож . А . Разванова . — М .: ООО

«Издательство АСТ», 2003 . — с . 365 2 . Опыты без взрывов / Ольгин О . — М .: «Химия», 1995 . — с . 74